屏障環境風量計算的鑰匙： 正壓風量
作者：賽德實驗室 人氣：
發表時間：2020-04-17 15:29
屏障環境
屏障環境設施適用于飼育無特定病原體實驗動物，進入屏障的人、動物和物品必須經過嚴格的過程控制。空氣經初效（粗效）、中效、高效過濾器進入屏障系統，空氣潔凈度達到ISO7(萬級)。以三走廊正壓屏障設施為例，利用潔凈空調系統形成：潔存間、清潔走廊、飼養室、污物走廊、緩沖間、室外的靜壓差梯度，防止空氣逆向流動或亂流形成的污染。
屏障環境的風量計算基本原則
屏障環境的風量計算一般按照《實驗動物 環境及設施GB14925-2010》和《實驗動物設施建筑技術規范GB50447-2008》中對不同種類實驗動物換氣次數的要求而進行計算，系統一般為全新風系統，結合滿足房間潔凈度、壓力梯度等要求，房間風量計算一般遵循以下兩個基本公式：
送風量（m³/h）= MAX{潔凈風量（按換氣次數計算），排風量，人員所需新風量}+正壓風量
（泄漏風量）（m³/h）
排風量=局部排風量+房間排風量（m³/h）
人員新風量在動物實驗設施計算中很小，一般可忽略。其中局部排風量多為IVC，EVC，生物安全柜等設備排風，由于不是本文的重點，本文在后續內容不再對局部排風量進行闡述；房間排風為滿足潔凈度要求的氣流組織，一般設置下排風口，控制房間壓力。正壓風量是房間與外界存在壓差，導致的正壓泄漏量，其計算比較復雜，本文主要對正壓風量在計算中出現的問題進行一下剖析。
正壓風量的計算
一般正壓風量的計算方法分為：縫隙法和換氣次數法。
3.1 縫隙法：
計算公式： V=S*3600*1.29*(△P)1/2。
△P：潔凈室內外壓力差(Pa)；
S：縫隙面積(m2) ；
V：通過縫隙的泄漏風量(m³/h)（正壓風量）。
3.2 換氣次數法：
計算公式：V=v*n
V：泄漏風量(m³/h) （正壓風量）；
v：房間體積(m³)；
n：經驗換氣次數。
換氣次數為經驗數據法，一般n值按照下表計算：屏障實驗室更多選擇在20Pa壓差時密封較好的潔凈室，2.5次/h換氣。
3.3 縫隙法計算結果較為精確，但是在設計過程中，因為施工質量的不確定性，導致縫隙法計算無法確定滲漏縫隙長度，故大多數暖通工程師按照經驗換氣次數法來計算正壓風量，并按照上述風量計算公式來計算每個房間的送風量和排風量。
正壓風量去哪兒了
4.1 傳統計算方式的困擾：
按照上述方法分別計算每一個房間的送風量，排風量，并可以根據計算結果選擇通風設備；由于每個房間都存在大約10%左右的正壓風量，總的計算排風量總是小于總的送風量很多，這些風全部從圍護結構滲漏到外界了嗎？我們不曾見過一個四處漏氣的屏障設施，這個結論不符合實際，那么這些風去哪了？
4.2 傳統計算方式下屏障設施調試的困擾：
在我們的實際操作經驗中，項目經常出現以下情況：
潔凈走廊壓力調不到，把送風完全打開，排風完全關閉，壓力還是上不去，達不到設計值；
污物走廊壓力降不下去，把送風完全關閉，排風完全打開，壓力還是降不下去，高于設計值。
這大大違背了我們的計算原則，理論與實際不符。
4.3 計算與現實不符的原因分析：
4.3.1 潔凈走廊壓力在關閉排風的情況下達不到設計值，說明潔凈走廊真正所需的正壓風量遠遠大于按照經驗換氣次數計算得到的正壓風量，其正壓風量甚至有可能大于按照換氣次數算出來的送風量，所以壓力達不到設計值。
4.3.2 污物走廊在送風關閉的情況下壓力高于設計值，說明污物走廊在設計壓力梯度下其排風量要遠遠大于其送風量，那么一個正壓區域的排風大于送風，還符合邏輯嗎？而且按照計算公式，正壓風量成了變成了負值。
正壓風量在計算過程中的真實存在
5.1 正壓風量的正與負：
按照本文4.3的分析，正壓風量存在正負，“正”對應的應該就是壓出，“負”對應的是壓入，傳統計算方式只考慮壓出，不考慮壓入，才是正壓風量“消失”的真正原因。
5.2 正壓風量存在的位置和量：
我們現在的屏障環境實驗室，維護結構（墻、頂、地）在專業實驗室公司的嚴格施工管理下，基本不存在漏風點。只有門是可研究的漏風點，因為門是活動的，不可能做到完全密封，所以我們的正壓風量計算只針對于門即可。
現在的屏障設施早已普及了氣密門，門在關閉狀態下兩側、上部、下部可升降門檻，氣密性很好。只有門的下部縫隙不能完全密封，暗式閉門器的安裝位置和門禁插鎖等縫隙忽略不計，我們只需針對“這條門縫”進行一下正壓風量的縫隙法計算：
假設這是一扇單開門，這條門縫的長度是900mm，寬度為5mm，兩側房間的壓差為20Pa。
正壓風量V=0.9*0.005*3600*1.29*（20）^1/2=93.46 m³/h
為了計算方便，綜合考慮開關插座等微小縫隙、每一扇門，我們都按照100 m³/h的正壓風量計算。
5.3房間5.3.1清潔走廊風量計算過程如下：
潔凈換氣次數計算送風量=65*20=1300m³/h
壓出風量=20*100=2000m³/h，壓入風量=0 m³/h
正壓風量=2000-0=2000 m³/h
潔凈走廊送風量=MAX{2000，1300}=2000 m³/h
潔凈走廊正壓風量=2000 m³/h
潔凈走廊排風量=2000—2000=0 m³/h
計算結果分析：排風量為0，送風量等于正壓風量，這也解釋了為什么關閉排風的情況下，清潔走廊壓力仍然低于設計值，基本吻合現場人員反應的調試情況。
5.3.2大鼠實驗室風量計算過程如下：
潔凈換氣次數計算送風量=12*20=240m³/h
壓出風量=100m³/h，
壓入風量=100 m³/h
正壓風量=100—100=0 m³/h。
大鼠實驗室送風量=MAX{240，0}=240 m³/h
大鼠實驗室正壓風量=0 m³/h
大鼠實驗室排風量=240 m³/h
計算結果分析：處于壓力梯度中心的大鼠實驗室，壓入風量等于壓出風量，正壓風量為0，送風量等于排風量。
5.3.3污物走廊風量計算過程如下：
潔凈換氣次數計算送風量=57*20=1140m³/h
壓出風量=100m³/h，
壓入風量=900 m³/h
正壓風量=100—900=—800 m³/h。
污物走廊送風量=MAX{1140，—800 }=1140 m³/h
污物走廊正壓風量=—800 m³/h
污物走廊排風量=1140—（—800） m³/h=1940 m³/h
計算結果分析：處于壓力梯度末端的污物走廊，大量的壓入風量導致其送風量小于排風量，結合調試過程實際，基本吻合。風量的計算：
結論
綜合上述分析和計算過程，正壓風量在整個屏障系統的計算過程中起了舉足輕重的作用，它就像一把鑰匙一樣左右著系統的風量平衡。它隨壓力梯度的方向在屏障系統中流動。正確的在計算中用好這把鑰匙，重視其在計算過程中的作用，對提高設計質量，保障屏障設施建設調試成功及未來運行都具有十分重要的意義。
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